Donma-eritme yöntemi çapraz ajanlar olmadan chitosan-poly (vinil alkol) hidrojeller üretmek için kullanılır. Bu yöntem için, elde edilen hidrojellerin özelliklerini ve uygulamalarını etkileyebilecek donma koşulları (sıcaklık, çevrim sayısı) ve polimer oranı göz önünde bulundurulması önemlidir.
Chitosan-poly (vinil alkol) hidrojelleri toksik crosslinking ajanlar kullanmadan donma-eritme yöntemi ile üretilebilir. Bu sistemlerin uygulamaları, donma koşullarına ve polimerlerin türüne ve oranına bağlı olarak özellikleriyle (örn. gözeneklilik, esneklik, şişme kapasitesi, ilaç yükleme ve ilaç bırakma kapasitesi) sınırlıdır. Bu protokol, polimer bileşiminin %50/50 w/w’si ile chitosan ve poli(vinil alkol) hidrojellerin nasıl hazırlanacağını ve donma sıcaklığının (-4 °C, -20 °C, -80 °C) ve donma-erime döngülerinin (4, 5, 6 donma döngüsü) nasıl değiştirilmeye cereyonu yapılacağını açıklamaktadır. FT-IR spektrumları, SEM mikrografve hidrojellerin porosimetri verileri elde edildi. Ayrıca, şişme kapasitesi ve ilaç yükleme ve diflunisal salınımı değerlendirildi. SEM mikrograflar ve gözeneklilik sonuçları gözenek boyutunun azaldığını, gözenekliliğin ise daha düşük sıcaklıklarda arttığını göstermektedir. Küçük donma sıcaklığında şişme yüzdesi daha yüksekti. Hidrojellerden diflunisal salınımı incelenmiştir. Tüm ağlar için ilaç salınımını korumak 30 h ve basit bir difüzyon mekanizması Korsmeyer-Peppas ve Higuchi modellerine göre diflunisal salınımını düzenler gözlenmiştir.
Son zamanlarda, hidrojeller biyomedikal alanda büyük ilgi çekti çünkü yüksek su içeriği ile üç boyutlu ağlar ve yumuşak ve esnek, bu yüzden kolayca doğal dokuları taklit edebilirsiniz1. Ayrıca, fizyolojik sıcaklık ve pH sulu ortamda çözünmez ama büyük bir şişlik mevcut2. Hydrogels doku mühendisliği iskeleler, hijyen ürünleri, kontakt lensler ve yara pansuman olarak hareket edebilir; onlar tuzak ve aktif bileşikler ve ilaçlar serbest çünkü, onlar ilaç dağıtımsistemleri3 olarak kullanılır. Onların uygulamasına bağlı olarak, hidrojeller doğal veya sentetik polimerler, ya da her ikisinin bir kombinasyonu yapılabilir, en iyi özellikleri elde etmek için4.
Hidrojellerin özellikleri birçok fiziksel ve kimyasal faktörün bir sonucudur. Fiziksel düzeyde, onların yapısı ve morfolojisi gözeneklilik bağlıdır, gözenek boyutu ve gözenek dağılımı5. Kimyasal ve moleküler düzeyde, polimer tipi, polimer zincirindeki hidrofilik grup içeriği, çapraz bağlantı noktası tipi ve çapraz bağlama yoğunluğu şişme kapasitesini ve mekanik özelliklerini belirleyen faktörlerdir6,7.
Ağı oluşturmak için kullanılan crosslinking ajan türüne göre, hidrojeller kimyasal hidrojeller veya fiziksel hidrojeller olarak sınıflandırılır. Kimyasal hidrojeller UV ve gama ışınlama yoluyla veya bir crosslinking ajankullanarakoluşturulan zincirleri arasında kovalent etkileşimler ile birleştirilir7 ,8. Kimyasal hidrojeller genellikle güçlü ve dayanıklıdır ancak genellikle çapraz bağlantı maddesi hücreler için toksiktir ve çıkarılması zordur, bu nedenle uygulaması sınırlıdır. Öte yandan, fiziksel hidrojeller non-kovalent etkileşimler yoluyla polimer zincirlerinin bağlantısı ile form, crosslinking ajanların kullanımı kaçınarak4,9. Ağdaki başlıca kovalent olmayan etkileşimler hidrofobik etkileşimler, elektrostatik kuvvetler, tamamlayıcıve hidrojen sınırları 7’dir.
Poli (vinil alkol) (PVA, Şekil 1a)mükemmel mekanik performans ve dondurulmuş erime yöntemi10ile crosslink agent-free hydrogels olabilir biyouyumluluk ile sentetik ve suda çözünür polimer 10,11. Bu polimer,12’yidondurduklarında zincirlerinin -OH grupları (kristal bölgeleri) arasında hidrojen bağlarının konsantre bölgeleri oluşturma kapasitesine sahiptir. Bu kristal bölgeleri ağda crosslinking noktaları olarak hareket, ve iki olay tarafından teşvik edilmektedir: kristal su genişler polimer zincirleriyaklaşan ve donma sırasında izotaktik gelen PVA konformasyonel değişiklikler13. Dondurularak kurutulması nedeniyle, su kristalleri süblimize edilir, hidrojel14gözenekleri olan boşluk bırakarak. Daha iyi özelliklere sahip hidrojeller elde etmek için, PVA kolayca diğer polimerler ile kombine edilebilir.
Bu anlamda, kitosan pozitif yükleri ile doğal kaynaklardan tek biyopolimer olduğu gibi bir seçenek oluşturmaktadır. Bu kitin deasetilasyonu ile elde edilir ve β-1,4 bağlantılı D-glukozamin rasgele kombinasyonları oluşur (deacetylated birim) ve N-asetil-D-glukozamin (asetil-d-glukozamin)15,16 (Şekil 1b). Chitosan insan enzimleri tarafından biyolojik olarak parçalanabilir ve biyouyumludur. Ayrıca, katyonik doğası gereği, hücre yüzeyinin negatif yükü ile etkileşime girebilirsiniz, ve bu özellik antimikrobiyal aktivitesi ile ilişkili olmuştur17. Bu polimerin işlenmesi kolaydır; ancak mekanik özellikleri yeterli değildir ve bazı malzemeler daha iyi özelliklere sahip kompleksler oluşturmak için eklenmiştir.
Chitosan ve PVA’nın belirli özellikleri göz önünde bulundurularak, toksik çapraz bağlantı ajanlarının kullanımını önlemek için2,18 nolu donma-eritmeyöntemiile hidrojellerin başarılı üretimine ulaşılmıştır. Chitosan-PVA hidrojellerinde PVA’nın kristal bölgeleri de oluşur ve kitosan zincirleri interinterintered ve PVA’da -NH2 grupları ve -OH grupları ile basit hidrojen bağları oluşturur. Son chitosan-PVA hidrojel mekanik olarak stabil, şişme ve düşük toksisite yüksek oranları ile, ve antibakteriyel etkisi ile18. Ancak, hazırlıkta kullanılan donma koşullarına (sıcaklık, zaman ve döngü sayısı) bağlı olarak, son özellikler değişebilir. Bazı çalışmalar, donma döngülerinin sayısını artırmanın şişme derecesini azalttığını ve çekme mukavemetini artırdığını bildiriyor19,20. Ağı güçlendirmek için, gama ve UV radyasyonu ve kimyasal crosslinkers gibi diğer ajanlar dondurulan hazırlık21,22,23sonra ayrıca kullanılmıştır. Daha yüksek chitosan oranına sahip hidrojeller daha gözenekli bir ağa ve yüksek şişme kapasitesine, ancak daha az mukavemet ve termal stabiliteye sahiptir. Bu bağlamda, hedef uygulama için uygun hidrojeller elde etmek için hazırlık koşulları göz önünde bulundurulmalıdır.
Bu çalışmanın amacı, donma koşullarının (donma sıcaklığı ve çevrim sayısı) CS-PVA hidrojellerinin nihai özelliklerini nasıl etkilediğini ayrıntılı olarak sunmaktır. FT-IR spektrumları, morfolojik ve gözeneklilik özellikleri ile şişme kapasitesi nin yanı sıra ilaç yükleme ve serbest bırakma kapasitesi değerlendirildi. Salınım çalışmalarında hidrojel yapısına uygun büyüklüğü nedeniyle diflunisal (Şekil 1c)model ilaç olarak kullanılmıştır.
Donma-eritme yöntemi biyomedikal odaklı biyouyumlu hidrojeller hazırlamak için uygun bir süreçtir, ilaç veya kozmetik uygulamalar34,35,36. Bu yöntemin en önemli avantajı, hidrojeller hazırlamak için diğer iyi bilinen yöntemler ile karşılaştırıldığında, çapraz ajan kullanımı kaçınılmalıdır, hangi insan vücudunda inflamatuar yanıt veya yan etkilere neden olabilir34. Bu çok y…
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar gözenekli ölçümlerde destek için C. Luzuriaga için müteşekkir. Yazarlar ayrıca Mali destek için İspanya Ministerio de Economía y Competitividad (Proje MAT2014-59116-C2-2-R) ve PIUNA (ref. 2018-15) sayesinde. Yazarlar ayrıca destek ve yararlı yorumlar için Departamento de Física-UNISON Dr Amir Maldonado ve DR SE Burruel-Ibarra DIPM-UNISON SEM görüntüleri ve Rubio Pharma y Asociados S. A. de C. V. mali destek için kabul etmek istiyorum. ME Martínez-Barbosa CONACyT (México) projeleri No. 104931 ve No. 256753, Red Temática de Nanociencias y Nanotecnología del programa de Redes Temáticas del CONACyT mali destek yanında teşekkür etmek istiyorum. Ve, aynı zamanda PROJE USO316001081. MD Figueroa-Pizano finansal destek (burs 373321) için CONACyT kabul etmek istiyorum.
Materials: | |||
Chitosan medium molecular weight | Sigma-Aldrich | 448877 | Mw determined by capillary viscometry (637,000 Da) and deacetylation degree of 70% |
Diflunisal (2'-4'-difluoro-4-hydroxy-3-biphenyl-carboxylicacid) | Merck | ||
Glacial acetic acid | Sigma-Aldrich | 1005706 | |
Poly(vinyl alcohol) | Sigma-Aldrich | 341584 | Mw 89,000-98,000, 99+% hydrolyzed |
Equipment: | |||
Cressington Sputter Coater 108 auto | TED PELLA INC | ||
Cryodos Lyophilizator | Telstar | ||
Falcon tubes | Thermo Fisher Company | ||
FT-IR spectroscopy | Nicolet iS50 | in ATR mode | |
Lyophilizator | LABCONCO | ||
Micromeritics Autopore IV 9500 | Micromeritics | ||
Scanning electron microscope | Pemtron SS-300LV | ||
UV-visible spectrophotometer | Agilent 8453 |